Visokozmogljiv elektrooptični modulator:tankoslojni modulator litijevega niobata
Elektrooptični modulator (EOM modulator) je modulator, izdelan z uporabo elektrooptičnega učinka določenih elektrooptičnih kristalov, ki lahko pretvori visokohitrostne elektronske signale v komunikacijskih napravah v optične signale. Ko je elektrooptični kristal izpostavljen električnemu polju, se lomni količnik elektrooptičnega kristala spremeni in s tem se ustrezno spremenijo tudi optične valovne značilnosti kristala, tako da se doseže modulacija amplitude, faze in polarizacijskega stanja optičnega signala ter se visokohitrostni elektronski signal v komunikacijski napravi pretvori v optični signal z modulacijo.
Trenutno obstajajo tri glavne vrsteelektrooptični modulatorjina trgu: modulatorji na osnovi silicija, modulatorji iz indijevega fosfida in tankoplastni modulatorjilitijev niobatni modulatorMed njimi silicij nima neposrednega elektrooptičnega koeficienta, njegova zmogljivost je bolj splošna in primerna le za izdelavo modulatorja oddajno-sprejemnega modula za prenos podatkov na kratke razdalje, medtem ko je indijev fosfid primeren za oddajno-sprejemni modul optičnega komunikacijskega omrežja na srednje in dolge razdalje, vendar so zahteve glede integracijskega procesa izjemno visoke, stroški so relativno visoki in uporaba je podvržena določenim omejitvam. V nasprotju s tem kristal litijevega niobata ni bogat le s fotoelektričnim učinkom, temveč so fotorefraktivni, nelinearni, elektrooptični, akustični, piezoelektrični in termoelektrični učinki enaki enačbi. Zaradi svoje mrežne strukture in bogate strukture napak je mogoče številne lastnosti litijevega niobata močno uravnavati s kristalno sestavo, dopiranjem elementov, nadzorom valentnega stanja itd. Dosega vrhunsko fotoelektrično zmogljivost, kot je elektrooptični koeficient do 30,9 pm/V, kar je bistveno več kot pri indijevem fosfidu, in ima majhen učinek čirkanja (učinek čirkanja: nanaša se na pojav, da se frekvenca znotraj impulza sčasoma spreminja med procesom prenosa laserskega impulza. Večji učinek čirkanja povzroči nižje razmerje signal/šum in nelinearni učinek), dobro razmerje ekstinkcije (povprečno razmerje moči med stanjem "vklopljen" in stanjem "izklopljen") ter vrhunsko stabilnost naprave. Poleg tega se mehanizem delovanja tankoslojnega litijevega niobatnega modulatorja razlikuje od mehanizma delovanja modulatorja na osnovi silicija in indijevega fosfidnega modulatorja, ki uporabljata nelinearne modulacijske metode, pri čemer linearni elektrooptični učinek omogoča nalaganje električno moduliranega signala na optični nosilec, hitrost modulacije pa je v glavnem odvisna od delovanja mikrovalovne elektrode, zato je mogoče doseči večjo hitrost in linearnost modulacije ter manjšo porabo energije. Na podlagi zgoraj navedenega je litijev niobat postal idealna izbira za izdelavo visokozmogljivih elektrooptičnih modulatorjev, ki imajo široko paleto uporabe v koherentnih optičnih komunikacijskih omrežjih 100G/400G in ultra hitrih podatkovnih centrih ter lahko dosežejo dolge prenosne razdalje več kot 100 kilometrov.
Litijev niobat kot subverzivni material "fotonske revolucije" ima sicer v primerjavi s silicijem in indijevim fosfidom številne prednosti, vendar se v napravi pogosto pojavlja v obliki razsutega materiala. Svetloba je omejena na ravninski valovod, ki ga tvori ionska difuzija ali izmenjava protonov. Razlika v lomnem količniku je običajno relativno majhna (približno 0,02), velikost naprave pa je relativno velika. Težko je zadostiti potrebam miniaturizacije in integracije.optične naprave, njegova proizvodna linija pa se še vedno razlikuje od dejanske procesne linije mikroelektronike, poleg tega pa obstaja problem visokih stroškov, zato je tvorba tankih filmov pomembna razvojna smer litijevega niobata, ki se uporablja v elektrooptičnih modulatorjih.
Čas objave: 24. dec. 2024